Thiết kế hệ thống thu hồi nhiệt thải cho nhà máy ván ép MFP

Nhiệm vụ của công việc rửa là làm sạch dăm bằng cáchtách các chất bẩn, cát sỏi, các chất rắn lắng ở đáy được lấy ra ngoài.Mảnh và nước rửa được trục xoắn tách nước và mảnh ra, mảnh đượct

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP - HỒ CHÍ MINH

KHOA CƠ KHÍ - BỘ MÔN CÔNG NGHỆ NHIỆT LẠNH

TIỂU LUẬN:

NHÀ MÁY SẢN XUẤT VÁN MDF

Lớp : Cao học nhiệtGVHD : TS Nguyễn Văn Tuyên

MỤC LỤC

ĐẶT VẤN ĐỀ

I Giới thiệu về nhà máy

1 Giới thiệu sản phẩm MDF

2 Quy trình công nghệ sản xuất MDF

II Các phương án thu hồi nhiệt thải

1 Nêu các phương án tận dụng nhiệt thải

2 Quyết định lựa chọn phương án

III Tính toán hệ thống thu hồi nhiệt thải

1 Xác định nguồn nhiệt thải

2 Xác định nhu cầu sử dụng nhiệt

3 So sánh giữa khả năng và nhu cầu

4 Thiết kế thiết bị thu hồi nhiệt khói thải lò hơi

IV Kết luận

TÀI LIỆU THAM KHẢO

ĐẶT VẤN ĐỀ

Tiết kiệm năng lượng và bảo vệ môi trường là vấn đề cấp báchtrong thời đại hiện nay, nhất là trong tình hình các nguồn tài nguyênngày càng cạn kiệt và tình trạng ô nhiễm môi trường đang ngày càngtác động to lớn đến đời sống của con người Trong khi đó, tình hình sửdụng năng lượng trong các ngành công nghiệp của Việt Nam hết sứclãng phí Tại hội thảo: ”Tiết kiệm năng lượng-những vấn đề cấp bách”

do điện lực Việt Nam và Viện năng lượng tổ chức vào năm 2014 đãđưa ra một nhận xét về tình hình sử dụng năng lượng của Việt Namtrong những năm gần đây như sau:

Qua đánh giá sơ bộ như trên, chúng ta có thể nhận thấy so cácnước trong khu vực và trên thế giới thì hiệu suất sử dụng năng lượngcủa chúng ta rất thấp, suất tiêu hao năng lượng cao gấp 2 tới 3 lần sovới các nước khác

Có rất nhiều biện pháp để khắc phục tình trạng trên, Một trongnhững biện pháp mang lại hiệu quả cao không chỉ về mặt kinh tế màcòn góp phần bảo vệ môi trường, đó chính là thu hồi nhiệt thải

Ván gỗ ép là một sản phẩm được sử dụng nhiều trong tình trạngnguồn tài nguyên gỗ ngày càng cạn kiệt Ở Việt Nam nhiều nhà máyván ép đã ra đời, thế nhưng qua khảo sát, những nhà máy này mặc dù

đã áp dụng những biện pháp thu hồi nhiệt thải - tiết kiệm năng lượngnhưng vẫn chưa triệt để Tiểu luận này tôi xin trình bày một vấn đề vềthu hồi nhiệt thải từ một nhà máy sản xuất ván gỗ MDF mà tôi đã

I Giới thiệu về nhà máy sản xuất ván gỗ MDF

1 Khái niệm ván gỗ MDF

Thuật ngữ MDF là viết tắt của chữ Medium density fiberboard,

có nghĩa là ván sợi mật độ trung bình Nhưng trong thực tế, MDF làtên gọi chung cho cả ba loại sản phẩm ván ép bột sợi có tỷ trọng trungbình (medium density) và độ nén chặt cao (hardboard) Để phân biệt

ba loại này, người ta dựa vào thông số cơ vật lý, các thông số về độdày và cách xử lý bề mặt của tấm ván

2 Sơ đồ dây chuyền công nghệ

Công nghệ sản xuất ván MDF được sử dụng tại nhà máy là côngnghệ đang được áp dụng phổ biến trên thế giới và là phương phápkhô Dây chuyền sản xuất được tự động hóa và điều khiển bằng hệthống máy tính trung tâm

a Xử lý và chuẩn bị mảnh

Nguyên liệu thô gỗ tròn được bóc vỏ Tại đây gỗ tròn sẽ đượcchặt thành từng mảnh, gỗ mảnh được vận chuyển bằng băng tải đếnđống mảnh, từ đó mảnh được vận chuyển bằng cơ cấu nạp liệu kiểugầu tới một thùng chứa thuần hóa Từ thùng chứa, mảnh được đưasang hệ thống phân loại mảnh Mảnh được phân thành 3 loại: Mảnhquá kích cỡ và quá nhỏ sẽ được sử dụng làm nhiên liệu đốt ở phânxưởng động lực, mảnh đạt kích thước được vận chuyển đi để rửa

Hệ thống rửa mảnh bao gồm một số thiết bị trong đó có thiết bịtrộn rửa, bơm Nhiệm vụ của công việc rửa là làm sạch dăm bằng cáchtách các chất bẩn, cát sỏi, các chất rắn lắng ở đáy được lấy ra ngoài.Mảnh và nước rửa được trục xoắn tách nước và mảnh ra, mảnh đượctrục xoắn đó vận chuyển vào thùng chứa mảnh sẵn sàng cho việc xử lýnhiệt, cho qui trình chuẩn bị sợi.

Nước rửa được bơm tới hệ thống lắng (bể lắng và cyclone thủylực) để tách các chất rắn lơ lửng và nước được sử dụng lại

b Chuẩn bị sợi

Để có được sợi gỗ mảnh được gia nhiệt theo hai cấp: gia nhiệt sơ

bộ và gia nhiệt áp suất cao Hơi nước được sử dụng để gia nhiệt mảnh.Trong thiết bị gia nhiệt, mảnh được gia nhiệt dưới áp suất hơi để choviệc tách sợi dễ dàng sau này Sau khi được gia nhiệt ở thời gian xácđịnh, mảnh được đưa vào thiết bị tách sợi Hơi nước được sử dụng đểtách và vận chuyển sợi ra khỏi thiết bị Sợi ra khỏi thiết bị tách sợi đạtyêu cầu về chất lượng sợi và lượng nước trong sợi để thiết bị sấy sợilàm việc đúng theo chế độ sấy

c Chuẩn bị keo kết dính và sáp

Keo để kết dính sợi gỗ với nhau là keo Urea Formandehyde vàsáp được sử dụng và được đưa vào công đoạn sau khi sợi ra khỏi máytách sợi

Keo Urea được giữ trong các thùng riêng chất làm cứng keo ởdạng cứng và được hòa tan trong nước trước khi sử dụng Keo, dungdịch chất làm cứng và nước cho pha loãng được bơm tới một thiết bịpha trộn và định lượng tự động, ở đó các thành phần được pha trộntrong một tỷ lệ định trước Keo Urea được pha loãng tiếp đó đượcbơm tới một vòi phun được thiết kế đặc biệt của van phóng ở đầu racủa máy tách sợi Sáp Parafin ở thể nhũ tương được bơm từ bể chứaqua một hệ thống bằng bơm định lượng tới máy tách sợi, ở đó sápParafin được trộn đều với sợi

Sợi từ phễu xả của thiết bị sấy được vận chuyển tới thùng chứasợi một hệ thống vận chuyển bằng khí động

d Sấy sợi

Sợi được sấy trong máy sấy ống, không khí nóng được gia

nhiệt bằng hơi gián tiếp và sấy trực tiếp sợi gỗ trong thiết bị sấy ống.

Sợi tách ra khỏi dòng khí nóng bằng cyclone đặt trong đỉnh hệ thốngsấy, các sơ sợi bị giữ lại trong cyclone, khí thải theo ống khói thoát rangoài Sợi sau khi sấy được đưa về thùng chứa sợi để chuẩn bị choviệc tạo thành ván ép

e Trải thảm và ép sơ bộ

Thùng chứa sợi làm việc như một kho trung chuyển giữa khâuchuẩn bị sợi và khâu định hình ván sợi Phần đáy thực của thùng chứasợi có băng tải định lượng và sợi được vận chuyển tới một số lô nạp,những lô nạp này trước hết làm rời sợi và sau đó bằng vận chuyển khíđộng đưa sợi tới trạm định hình ván sợi

Trạm định hình ván sợi có một đầu định hình với cơ cấu trải sợirải phẳng đều trên suốt chiều dài của đầu định hình Tại trạm địnhhình có một giá trị đặt điều chỉnh được đối với các lô san để điềuchỉnh mức của thảm sợi định hình Tất cả sợi đi vào trạm định hình sẽđược sử dụng và không cần phải có sự sàng thô hoặc đưa sợi trở lạithùng chứa sợi

Sau khi kết thúc ở băng tải định hình thảm sợi đi qua băng tải đểxác định sự chính xác về trọng lượng của thảm sợi Sau đó thảm sợi điqua một băng tải đai ép sơ bộ chạy liên tục, được thiết kế với nhiềuhàm ép nặng, ở đó chiều cao thảm sợi được giảm xuống 1/4 so vớichiều cao ban đầu của nó Sau ép sơ bộ, thảm sợi đi qua một cơ cấu ròchống kim loại, được lắp đặt trên băng tải cưa và các thảm sợi có chứakim loại hoặc nguyên nhân khác không phù hợp với ép nóng được thải

bỏ tới thùng phế liệu

f Ép nhiệt và làm nguội

Sau ép sơ bộ, thảm sợi liên tục được vận chuyển qua những băngtải, và đồng thời được gọt tỉa, sau đó được chia thành những tấm thảmriêng rẻ bởi một cưa cắt Sợi từ các cưa cắt được hút bằng hệ thốnghút và thu hồi sợi bằng cyclone đặt trên thùng sợi, sợi thu được rơingay xuống thùng sợi

Sau khi được cắt, mỗi một thảm sợi được chuyển nhanh bằngcác băng tải tốc độ vào giá ép băng tải và sau đó được đưa vào máy épnhiệt Máy ép nhiệt có nhiều hàm ép và được vận hành bằng hệ thốngthủy lực, được gia nhiệt bằng hơi.

Sau khi ép nóng, các ván ép đi qua hệ thống cân để loại bỏ ván

có khối lượng không đủ (phế thải), những ván không đạt chất lượngchuyển khỏi tuyến sản xuất bằng cách xếp đống chúng tại nơi phếthải

Các ván ép đạt chất lượng được đưa ngay tới thiết bị làm nguộikiểu bánh guồng Bánh guồng làm nguội là loại 360o với 40 khoang

mở Chúng được sử dụng cùng lúc cho việc làm nguội

Sau khi làm nguội các cạnh của ván được cắt tia bằng cưa cắttia.Ván ép được cấp qua cửa cắt tia cạnh bằng những lô chốt Tốc độcưa được điều khiển chuyển đổi thường xuyên để đảm bảo bề mặt cắtnhẵn, đẹp

g Đánh bóng

Sau khi kết thúc cắt ngang ván ép, ván được vận chuyển bằngbăng tải lô tới trạm xếp ván Trạm xếp ván được trang bị các cơ cấulàm thẳng hàng lối, để đảm bảo sự xếp đặt thẳng hàng và vuông vắn

Từ trạm xếp ván, ván xếp được chuyển tới băng tải cấp ra ngoài.Ván được căn chỉnh thẳng hàng trên băng tải lô trước khi tới thiết bịđịnh cỡ đánh bóng, bảo đảm cùng tốc độ cho máy đánh bóng và băngtải

Bên trên thiết bị đánh bóng có đặt nhiều chụp hút thu bụi trong

hệ thống thu và xử lý bụi chung cuả toàn bộ xưởng sản xuất

h Phân loại và đóng sản phẩm

Phụ thuộc vào sự lựa chọn của thợ vận hành, ván được chuyểntới khu vực xếp chồng ván bằng băng tải lô ma sát Có 3 trạm xếpchồng ván, các trạm xếp chồng ván này có thể được sử dụng cho việcphân hạng thành 3 hoặc thành 2 loại chất lượng Khi phân hạng thành

2 hạng, trạm xếp chồng cán thứ 3 được sử dụng khi một trong hai trạmxếp ván khác trở nên đầy Các ván ô bảo vệ có thể được cấp bằng tay

tới các trạm xếp chồng ván dưới các chồng ván Từ dây chuyền đánhbóng các chồng ván được chuyển đi bằng xe nâng.

II Các phương án thu hồi nhiệt thải

Từ quy trình công nghệ của nhà máy chúng ta xem xét một sốphương án thu hồi nguồn năng lượng thứ cấp (Nhiên liệu, Nhiệt thải,Thế năng) như sau:

- Lò hơi: Lò hơi nhà máy sử dụng là loại 20 T/h, đốt bằng dầu FO Do

đó không thể tận dụng các nguồn nhiên liệu thải bỏ từ quy trình côngnghệ và các nguồn nhiên liệu sẵn có (giá rẽ) ở địa phương Biện pháp:thay thế lò hơi 20 T/h đốt bằng nhiên liệu Biomass

- Khói thải từ lò hơi: Khói thải từ lò hơi mang nguồn năng lượng rất

lớn, nếu thải bỏ không những gây lãng phí năng lượng mà còn gây ônhiễm môi trường Biện pháp: Tận dụng khói thải từ lò hơi để gianhiệt nước cấp lò hơi, sấy không khí cấp cho lò hơi

- Nước ngưng: Hơi nước có nhiệt độ và áp suất cao sau khi cấp cho

quá trình nghiền sợi và ép nếu thải bỏ sẽ gây lãng phí năng lượng.Biện pháp: thu hồi nước ngưng

- Không khí nóng: Không khí nóng sau khi làm mát sản phẩm cũng

mang một lượng năng lượng Biện pháp: Thu hồi khí nóng cấp cho lòhơi

Từ những phân tích trên ta nhận thấy các phương án trên có thểtận dùng các nguồn năng lượng thứ cấp Thực tế nhà máy đã áp dụng

một số biện pháp trên để tận dụng các nguồn năng lượng thứ cấp Thếnhưng khói thải lò hơi sau khi gia nhiệt và sấy không khí cấp cho lòhơi nhiệt độ vẫn còn rất cao Do đó, có khả năng thu hồi năng lượng.

Biện pháp: Sử dụng khói thải lò hơi để sấy không khí cấp cho quá trình sấy khô nhiên liệu.

III Tính toán hệ thống thu hồi nhiệt thải từ khói để sấy

1 Xác định nguồn nhiệt thải (khói thải lò hơi)

Lò hơi có công suất 20 (T/h) được đốt bằng nhiên liệu Biomass(mùn cưa, củi vụn, trấu, bã mía) Với công suất và nhiên liệu đốt làBiomass, từ tính toán và số liệu thực tế của nhà máy ta có một sốthông số sau:

- Nhiệt độ khói lò: tkh(vào) = 200 (oC) (Số liệu đo thực tế)

- Nhiệt độ khói sau khi gia nhiệt: tkh(ra) = tđs + 10oC = 110 (oC)

- Lưu lượng khói thải : mkh = 3,94 (kg/s)

Với công suất 20 T/h, nhiên liệu Biomass (Củi mùn cưa,dăm bào, củi trấu, trấu) thì lượng nhiên liệu tiêu hao khoảng(180-240) kg Do đó trong 1 giờ lò hơi đốt khoảng 4000 kgBiomass

Mặt khác khi đốt 1 kg Biomass sẽ cho ra khoảng 4,23 m3

khí Do đó, lượng khói thải của lò hơi 20 T/h bằng:

4000 x 4,23 = 16920 (m3/h) ≈ 4,7 (m3/s)Với khối lượng riêng của khói tại 155 (oC) bằng 0,8389(kg/m3) nên mkh = 3,94 (kg/s)

- Nhiệt dung riêng của khói: Cp = 1,084 (kj/kg.K)

Từ những thông số trên, ta có thể xác định sơ bộ nhiệt lượng cóthề nhận được từ khói lò:

1  kh p (t kh( v o)à  t kh(ra) ) 3,94 1,084 (200 110) 348 (kj/s)     

Q m C

2 Xác định nhu cầu nhiệt cho thiết bị sấy

Để xác định nhu cầu sử dụng nhiệt cho thiết bị sấy, chúng taxem quá trình sấy như là quá trình sấy lý thuyết như sau:

a Nhưng thông số của quá trình sấy:

- Trạng thái 1: Không khí ngoài trời

0

0,8.0,04220 0,621 0,621 0,621 0,0217 (kg/kgkk)

- Trạng thái 2: Không khí trước khi vào thiết bị sấy

 Nhiệt độ: t2 = 90 (oC) (Theo yêu cầu của quy trình)

+ Áp suất hơi bão hòa:

2  1,0048 2  2 (2500 1,842 ) 1,0048.90 0,0217.(2500 1,842.90) 148,279 (kJ/kg)  2    

+ Độ ẩm:

2 2

b Lưu lượng không khí cho quá trình sấy

 Khối lượng sợi ra khỏi buồng sấy: G2 = 1,94(kg/s)

 Độ ẩm sợi ra khỏi buồng sấy: φ2 = 10%

 Độ ẩm sợi vào buồng sấy: φ1 = 20%

- Lượng ẩm cần tách khỏi vật liệu sấy:

1 2 2

3 So sánh nhu cầu sử dụng và khả năng cung cấp

Từ nhiệt lượng Q1 của khói thải và nhu cầu sử dụng nhiệt choquá trình sấy Q2 ta có thể kết luận sau: Nhu cầu sử dụng nhiệt cho quátrình sấy lớn hơn khoảng 2 lần so với khả năng cung cấp của khói thải

lò hơi Thế nhưng năng lượng của khói thải không nhỏ, do đó ta vẫnquyết định đầu tư thiết bị thu hồi nhiệt thải từ khói để tận dụng nănglượng Việc quyết định đầu tư phải thông qua bài toán kinh tế - kỹthuật So sánh giá thành đầu tư trang bị và giá thành năng lượng tậndụng được Đồng thời phải xem xét thời gian thu hồi vốn của dự án

3 Thiết kế hệ thống thu hồi nhiệt thải

3.1 Lựa chọn sơ đồ nhiệt

Vì khoảng cách từ lò hơi tới bộ phận sấy sợi lớn (50m), nếu sửdụng bộ trao đổi nhiệt khói - không khí trực tiếp thì đường ống dẫn

không khí sẽ rất lớn Do đó, chúng ta lựa chọn chất tải nhiệt trung gian

là nước Hơi nữa, có 2 phương án đấu thiết bị gia nhiệt không khí: trựctiếp và song song:

Theo tình hình thực tế của nhà máy, thiết bị gia nhiệt không khícủa nhà máy đã có và đã thiết kế đủ công suất Do đó, nếu chúng ta sửdụng phương án trực tiếp thì thiết bị của hệ thống thu hồi nhiệt thải sẽ

có kích thước lớn kéo theo chi phí đầu tư cao hơn Hơn nữa, nếu 1trong 2 thiết bị trục trặc khi nhà máy hoạt động sẽ kéo theo toàn bộ hệthống sẽ bị ngừng, ảnh hưởng đến tình hình sản xuất của nhà máy Do

đó, tôi lựa chọn phương án đấu nối song song như sau:

Bên cạnh đó, nhiệt độ khói đầu ra là 110 oC và nhiệt độ đầu ra

khói – nước nhiệt độ của nước sẽ nằm trong khoảng nhiệt độ bay hơi.Khi đó, sẽ có thể xảy ra hiện tượng va đập thủy lực trong đường ống.

Để tránh hiện tượng này, nước nên được đưa lên áp suất cao Trongtrường hợp này chúng ta sử dụng bơm tuần hoàn không chỉ tuần hoànnước trong đường ống mà còn làm cho áp suất nước lớn hơn 1bar Vìvậy nhiệt độ sôi của nước sẽ cao hơn 100 (oC) tránh hiện tượng va đậpthủy lực trong đường ống

3.2 Bộ trao đổi nhiệt khói - nước

a Dữ liệu đầu vào

- Nhiệt độ khói thải vào TBTĐN: tkh1 = 200 (oC)

- Nhiệt độ khói ra TBTĐN: tkh2 = 110 (oC)

- Lưu lượng khói: V1 = 4,7 (m3/s)

- Nhiệt độ nước vào TBTĐN: tn1 = 60 (oC)

- Nhiệt độ nước ra TBTĐN: tn2 = 100 (oC)

- Đường kính ống nước: dng/dtr = 32/30 (mm)

- Hệ số dẫn nhiệt của ống thép : t 46,5 W/m.K 

b Tính toán bộ trao đổi nhiệt

Dựa vào đặc điểm của quá trình chúng ta chọn loại thiết bị traođổi nhiệt kiểu gián tiếp và cùng chiều Nước chảy trong ống trơn Đồthị T-F của thiết bị trao đổi nhiệt khói – nước:

- Thông số vật lý của khói:

 Nhiệt độ trung bình của khói:

- Thông số vật lý của nước:

 Nhiệt độ trung bình của nước:

- Hệ số trao đổi nhiệt về phía nước

 Tốc độ chảy của nước trong ống:

Sơ bộ chọn số ống trong 1 pass là 4

 Chế độ chảy của nước trong ống:

d v





- Hệ số trao đổi nhiệt về phía khói

 Tốc độ chảy của khói ngoài ống:

3.2 Bộ trao đổi nhiệt nước - không khí

a Dữ liệu đầu vào

- Nhiệt độ nước vào TBTĐN: tn1 = 100 (oC)

b Tính toán bộ trao đổi nhiệt

Dựa vào đặc điểm của quá trình chúng ta chọn loại thiết bị traođổi nhiệt kiểu gián tiếp và ngược chiều Nước chảy trong ống có cánhbên ngoài (phía không khí) Đồ thị T-F của thiết bị trao đổi nhiệt nước

- không khí: